分享|多工位壓力機(jī)發(fā)展

　　多工位壓力機(jī)是一種用于將一次無(wú)法拉伸成形的零件或復(fù)雜形狀零件拉伸成形的專用、自動(dòng)、數(shù)控機(jī)械壓力機(jī)。特別適用于一次無(wú)法拉伸成形或復(fù)雜難成形零件的成形。

　　1、多工位壓力機(jī)及生產(chǎn)線的幾個(gè)發(fā)展階段

　　(1)1969年~1979年。此階段多工位壓力機(jī)生產(chǎn)線主要構(gòu)成為:上料裝置+多工位壓力機(jī)+工件運(yùn)送皮帶。拉延工藝由裝在底座中的第一工位拉延墊來(lái)完成。此階段為開(kāi)發(fā)研制和市場(chǎng)推廣階段，通過(guò)總結(jié)確立了多工位壓力機(jī)的基本機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)制造了二柱和三柱多工位壓力機(jī)，推廣市場(chǎng)后，深受用戶好評(píng)。最大噸位2700 kN，送料行程900~1500 mm，最大行程次數(shù)25min-1。適合壓制汽車底梁外板、中心支柱等小型覆蓋件。

　　(2)1980~1984年。其生產(chǎn)線主要構(gòu)成為：上料裝置+雙動(dòng)壓力機(jī)+翻轉(zhuǎn)裝置+多工位壓力機(jī)+工件運(yùn)輸皮帶。特點(diǎn):壓力機(jī)大型化，由于采用了雙動(dòng)壓力機(jī)，使得深拉伸覆蓋件的拉伸工藝很容易實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)大了生產(chǎn)線的范圍。另一方面，有限元分析軟件等計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，有力推動(dòng)了壓力機(jī)技術(shù)向大型化發(fā)展，使得大型結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算更簡(jiǎn)便、快捷和準(zhǔn)確。多工位壓力機(jī)的沖壓件范圍從小型件、中型件、大型件乃至超大型件。組合生產(chǎn)線的能力為2000kN雙動(dòng)壓力機(jī)、25 00kN多工位壓力機(jī);行程次數(shù)14min-1，送料行程210 mm，換模時(shí)間5 min。在壓力機(jī)向大型化發(fā)展的同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)也得到飛速發(fā)展，尤其是三坐標(biāo)送料機(jī)構(gòu)的快換快調(diào)技術(shù)的發(fā)展較快，從而使換模時(shí)間大大縮短。由于采用了雙動(dòng)壓力機(jī)，使用上下料機(jī)械手和內(nèi)外滑塊拉伸技術(shù)，生產(chǎn)成本很高，工件傳送距離大，通過(guò)工件的上下料和工件的翻轉(zhuǎn)，使得生產(chǎn)節(jié)拍慢，只能達(dá)到7~9件/min。此階段伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的送料機(jī)構(gòu)得以研發(fā)，由于三坐標(biāo)行程都可以獨(dú)立無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，工藝范圍顯著擴(kuò)大，即多工位壓力機(jī)的工藝范圍由汽車擴(kuò)展至電機(jī)、電器及金屬制品，從而確立了在鍛壓設(shè)備領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。多工位壓力機(jī)能力也向兩極分化，小到200 kN，大到900 kN，都可以設(shè)計(jì)制造，換模時(shí)間縮短到4min。

　　(3)1985~1992年。其生產(chǎn)線構(gòu)成為:拆垛(無(wú)人上料小車)+自動(dòng)傳送+多工位壓力機(jī)+碼垛。多工位壓力機(jī)的第一工位為數(shù)控式液壓拉伸氣墊，完成工件的反拉伸工藝，其性能完全替代了雙動(dòng)壓力機(jī)，降低了設(shè)備的制造成本。

　　(4)2000年之前。三坐標(biāo)裝置中添加了真空吸盤(pán)抓取工件的新工藝(橫梁)該技術(shù)的產(chǎn)生，有利于大型、形狀復(fù)雜及低剛性覆蓋件的生產(chǎn)。另外，橫桿多工位壓力機(jī)還可以在滑塊的一次行程中同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)零件的沖壓，生產(chǎn)效率提高50%~100%。該時(shí)期另一個(gè)顯著特點(diǎn)是微電子控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助操作和輔助維護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用，使生產(chǎn)和維護(hù)更加方便，市場(chǎng)準(zhǔn)備時(shí)間進(jìn)一步縮短，只要輸入模具號(hào)，就可以自動(dòng)完成所有相關(guān)參數(shù)的調(diào)整，傳送線路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。而現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)的應(yīng)用，使多工位壓力機(jī)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化。

　　(5)至2012年，多工位壓力機(jī)發(fā)展到較高水平。通常由拆垛機(jī)、大型壓力機(jī)、三坐標(biāo)工件傳送系統(tǒng)和碼垛工位等組成，有的使用機(jī)器人代替三坐標(biāo)夾鉗送料。特別是最近幾年研發(fā)的閉式多連桿多工位壓力機(jī)，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)壓力機(jī)一條生產(chǎn)線，拆垛裝置、重料檢測(cè)、磁性分離，涂油、三次元送料(或機(jī)器人送料)、成品輸出、廢料輸出等，一應(yīng)俱全。

　　在多工位壓力機(jī)生產(chǎn)線輔機(jī)方面，舒勒公司的三軸傳輸系統(tǒng)尤為典型。舒勒集團(tuán)專門(mén)為壓力機(jī)生產(chǎn)線研制開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化技術(shù)--橫桿式機(jī)械手和橫桿式機(jī)器人。采用橫桿式機(jī)械手或橫桿式機(jī)器人的伺服壓力機(jī)生產(chǎn)線突出優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)緊湊、高效。與傳統(tǒng)的機(jī)械手或機(jī)器人的方案相比，可實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)之間的最理想間距。由于橫桿式機(jī)械手和橫桿式機(jī)器人高度的靈活性，也使其成為對(duì)已有多工位壓力機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化改造的最佳選之一。

　　2、大型多工位壓力機(jī)優(yōu)點(diǎn)及規(guī)格

　　大型多工位壓力機(jī)集機(jī)械、電子、自動(dòng)化和檢測(cè)技術(shù)為一體，全自動(dòng)、智能化操作安全，沖壓件綜合成本低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，制件質(zhì)量高，無(wú)工件之間搬運(yùn)磕碰等。能夠滿足汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)的需要。以一臺(tái)多工位壓力機(jī)生產(chǎn)線代替一條5~6臺(tái)壓力機(jī)組成的沖壓線，按同規(guī)模沖壓生產(chǎn)量比較，最先進(jìn)的多工位壓力機(jī)可達(dá)16~25 min-1，是手工送料流水線的4~5倍，是單機(jī)連線自動(dòng)化生產(chǎn)線的2~3倍。設(shè)備投資可減少20%~40%，能量消耗減少50%~70%，沖壓件綜合成本可節(jié)約40%~50%，而且節(jié)省了大量生產(chǎn)面積和設(shè)備投資，降低了工人數(shù)量，安全性能高，每個(gè)關(guān)鍵部位、每個(gè)工位都設(shè)有檢測(cè)點(diǎn)，如有故障能夠迅速停車，最大限度保障人員和模具的安全。

　　多工位壓力機(jī)噸位根據(jù)用戶要求而定，呈現(xiàn)不規(guī)律性，特別是大噸位如93000kN、80000kN、73000kN、63000kN、、50000kN、46000kN、42000kN，40000kN、320000N、30000kN、270000N、250000N、2000 0N、12000kN等，10000kN以下多工位壓力機(jī)呈現(xiàn)規(guī)律性。因此大型多工位壓力機(jī)是根據(jù)用戶工藝要求來(lái)確定壓力機(jī)噸位。

　　3、大型多工位壓力機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線工藝過(guò)程

　　3.1多工位壓力機(jī)送料夾持器規(guī)律

　　多工位壓力機(jī)滑塊上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每次行程完成一次沖壓過(guò)程。夾持器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(三次元)：夾緊工件→取件上升→前進(jìn)到下一工位→下降→釋放工件→返回前一工位，完成送料動(dòng)作，進(jìn)入下一次送料。夾持器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(二次元)：夾緊工件→前進(jìn)到下一工位→釋放工件→返回前一工位，完成送料動(dòng)作，進(jìn)入下一次送料。

　　3.2多工位送料系統(tǒng)的分類

　　多工位送料系統(tǒng)大致分為三類:機(jī)械送料、電子送料和組合式送料。

　　機(jī)械式送料是通過(guò)與壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)直接連接完成的，沖壓件從一個(gè)工位移動(dòng)到另一個(gè)工位。壓力機(jī)橫梁上的動(dòng)力輸出裝置將能量從壓力機(jī)的頂部輸送到地面，由隨動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的大型機(jī)械凸輪安裝在送料機(jī)構(gòu)上，凸輪旋轉(zhuǎn)則帶動(dòng)機(jī)械送料動(dòng)作。

　　電子多工位送料是以伺服電機(jī)取代機(jī)械動(dòng)力輸出裝置，借助于齒輪箱和傳動(dòng)軸，將伺服電機(jī)與送料系統(tǒng)相連，并在計(jì)算機(jī)的控制下工作。動(dòng)作協(xié)調(diào)是由壓力機(jī)和控制器之間所交換的電子信號(hào)來(lái)完成的。電子送料的運(yùn)動(dòng)軌跡是由計(jì)算機(jī)程序完成的。也就是說(shuō)，電子送料裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡既可以按照機(jī)械送料的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行，也可以按照特定的工件進(jìn)行編程，以便優(yōu)化其運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　組合式送料裝置的一些動(dòng)作是由機(jī)械系統(tǒng)來(lái)完成的，而另外一些動(dòng)作則是由電子系統(tǒng)來(lái)完成的。其送料裝置的結(jié)構(gòu)因生產(chǎn)廠而異。該裝置盡管在某些沖壓行業(yè)使用較多，但在車身廠的使用有限。

　　3.3多工位送料動(dòng)作

　　多工位送料動(dòng)作有三種：三坐標(biāo)送料、夾板式送料和多模式送料。

　　三坐標(biāo)送料方式是通過(guò)三種不同的動(dòng)作在壓力機(jī)內(nèi)傳送沖壓件。安裝在送料桿前部和后部的機(jī)械夾鉗在壓力機(jī)工位間傳送沖壓件。夾緊動(dòng)作是由一組夾鉗(端拾器)將沖壓件送入模腔，然后由另一組夾鉗把沖壓件從模區(qū)內(nèi)拾起。提升動(dòng)作把沖壓件從模具中提起，由傳送動(dòng)作把沖壓件放入下一個(gè)模區(qū)內(nèi)。三坐標(biāo)送料裝置再按逆向順序重復(fù)上述動(dòng)作，沖壓件放人模具中，夾鉗(端拾器)從模具中收回。收回后，多工位送料裝置返回上一個(gè)模區(qū)。此時(shí)滑塊正在下行過(guò)程中，模具閉合。三坐標(biāo)送料裝置既可以是機(jī)械的，也可以是電子的。三坐標(biāo)送料又分夾鉗端拾器和吸盤(pán)端拾器。橫桿安裝又分左右立柱安裝和前后立柱安裝。根據(jù)不同用戶的不同工藝選取。

　　夾板式送料方式。夾板懸掛在模區(qū)上部，吸盤(pán)安裝在夾板上，借助吸盤(pán)拾起工件。夾板式送料裝置可以借助電子多工位送料提升和傳送把一個(gè)工位的工件傳送到另一個(gè)工位，采用夾板送料裝置時(shí)，在行程的下死點(diǎn)送料機(jī)是不移動(dòng)的。但是可以利用吸盤(pán)運(yùn)送兩個(gè)非接觸件。

　　多模式送料。只有在電子送料條件下才能實(shí)現(xiàn)多模式三坐標(biāo)和夾板式組合送料。這種送料是把三坐標(biāo)和夾板式送料組合在一臺(tái)壓力機(jī)內(nèi)，故稱之為多模式送料。一組送料桿配有用于三坐標(biāo)送料裝置的夾鉗，另一組送料桿與夾板式送料裝置進(jìn)行配置。換模式，這兩種送料方式可以進(jìn)行互換。可以修改計(jì)算機(jī)控制的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間曲線、工件程序。前后送料桿可以互換。不到5 min就可以完成以上兩種方式轉(zhuǎn)換。

　　3.4送料方式的新進(jìn)展

　　以前，壓力機(jī)用戶在采購(gòu)多工位壓力機(jī)時(shí)，一般就有兩種選擇:根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，購(gòu)買(mǎi)三坐標(biāo)送料壓力機(jī)或夾板式送料壓力機(jī)。由于多工位壓力機(jī)投資十分巨大，所以用戶不能同時(shí)購(gòu)買(mǎi)這兩種方式的壓力機(jī)。在實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)于某些工件來(lái)說(shuō)，使用三坐標(biāo)送料壓力機(jī)效率較高，而對(duì)于另外一些工件來(lái)說(shuō)，使用夾板式送料壓力機(jī)效率更高。多模式送料方式解決了壓力機(jī)工藝單一問(wèn)題，擴(kuò)大了工藝范圍，是送料方式的新進(jìn)展。但是多模式送料方式不適用于機(jī)械送料，這是因?yàn)闄C(jī)械送料固有的局限性所造成的。

　　多工位送料的另一個(gè)新進(jìn)展是實(shí)時(shí)方位調(diào)整或動(dòng)態(tài)方位調(diào)整。目前沖壓廠使用大型夾板式多工位壓力機(jī)來(lái)生產(chǎn)以前在壓力機(jī)線上生產(chǎn)的沖壓件。當(dāng)加工大型沖壓件時(shí)，沖壓件從一個(gè)工位移到下一個(gè)工位，有必要對(duì)其進(jìn)行方位調(diào)整。以前，夾板式多工位壓力機(jī)是在每一個(gè)工位之間配置中間工位，對(duì)工件進(jìn)行方位調(diào)整。就一臺(tái)有5個(gè)工位的壓力機(jī)而言，必須配置4個(gè)中間工位，這樣壓力機(jī)的總尺寸就要增加，才能容納這9個(gè)工位，因而增加了占地面積。沖壓件必須移動(dòng)10次才能完成加工，也就增加了沖壓件的誤送料和表面受損的可能性。

　　動(dòng)態(tài)方位調(diào)整可解決沖壓件在傳輸過(guò)程中的方位定向問(wèn)題，從而省去了中間工位，它可完成多達(dá)8個(gè)動(dòng)作。這樣，在一臺(tái)有5個(gè)工位的壓力機(jī)上，沖壓件移動(dòng)6次即可完成沖壓作業(yè)。壓力機(jī)的總尺寸比普通夾板式多工位送料壓力機(jī)要小。此外，沖壓件傳輸量的減少也會(huì)減少誤送料的可能性，使沖壓件的表面質(zhì)量和產(chǎn)量得以提高。

　　3.5送料距離和工位數(shù)

　　多工位壓力機(jī)送料步距(X軸)達(dá)到2300 mm，垂直升降距離(Y軸)達(dá)到430 mm)，開(kāi)合行程(Z軸)達(dá)到350 mm。多工位壓力機(jī)工位數(shù)通常在4~6工位，現(xiàn)在已增加到20工位。

　　3.6壓力機(jī)多工位全自動(dòng)送料生產(chǎn)線特點(diǎn)

　　①?zèng)_床多工位全自動(dòng)送料生產(chǎn)線適用于帶料、板料、片料及沖壓拉伸件半成品的二次加工等。②送料方式根據(jù)不同產(chǎn)品特性分別采用三種傳動(dòng)方式:氣壓傳動(dòng)、伺服傳動(dòng)、純機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)。③機(jī)臺(tái)內(nèi)部生產(chǎn)配套自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，保障了設(shè)備與模具間生產(chǎn)安全。④多工位柔性機(jī)械手臂結(jié)合仿型機(jī)械手，使送料更平穩(wěn)、精準(zhǔn)。⑤與多工位模具配套使用調(diào)整簡(jiǎn)便、互換性強(qiáng)。⑥帶移動(dòng)工作臺(tái)，更換模具便捷。

　　4、汽車零件在多工位壓力機(jī)生產(chǎn)情況

　　一般而言，汽車車身沖壓件分為超大件、大件、中件、中小件、小件。其中超大件零件較少，大件零件占整個(gè)車身沖壓件近15%，中件為30%，中小件為55%，小件很少。在這些零件中，超大件有30%~40%的零件可使用多工位，大件為60%~70%，中件為80%，可見(jiàn)多工位壓力機(jī)在汽車行業(yè)的應(yīng)用是很廣泛的。這些零件所需要的沖壓噸位比較大，超大件為2700 t~4000t以上，最大可達(dá)9300 t;大件為1500 t~270 0t;中小件為300t~1250 t。實(shí)際上，工作臺(tái)板、工位間距與多工位壓力機(jī)主要參數(shù)密切相關(guān)，也跟加工零件尺寸和材料有關(guān)。

　　國(guó)內(nèi)鍛壓企業(yè)在大型數(shù)控沖壓自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)制造水平迅速躋身于世界前列，擁有廣泛參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，將迅速改變大重型沖壓設(shè)備的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)格局。由于人力成本的增加，電費(fèi)等輔助成本的增加，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，利潤(rùn)降低，加之低碳經(jīng)濟(jì)和節(jié)能降耗的需要，未來(lái)多工位壓力機(jī)的需求將會(huì)急劇增加。其經(jīng)濟(jì)效益顯著，市場(chǎng)前景看好。

　　注：本文由機(jī)哥整理自《鍛壓裝備與制造技術(shù)》2013年第3期，作者閔鵬、李廣平等。轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明液壓機(jī)世界整理。